圆形平盖开孔补强计算
圆筒开孔补强结构尺寸设计计算表 GB150-2011 6.6.3
（0） 要求：δ et ( t ) min
1.8 215 接管 166.1 1800 18 1.8
MPa mm mm mm
[ ]ts
Di δn Cs
[ ]tt
do δnt Ct
166.1 960 30 1.8 接管Байду номын сангаас
mm mm [σ]t U mm MPa
δ
（0） e
= δ n - Cs
16.2 1819.8
(0)
由 ρ ， U ， g 查曲线得 h mm mm d (1)=D ρ (1) δ t(1)=d (1)/2U
( 0) g （1） et / t (1)
d (n) δ t(n) g (n) h min
909.9 4.930222757 5.719822691
1091.88 5.916267309
（0） δ et = δ n t - C t （0） d = do - δ et
28.2 931.8 166.1 92.28
（0） D = Di + δ e + 2C s
[ ]t min([ ]ts , [ ]tt )
U =[σ]t / p δ=R / U 9.86 1.64 ρ=d/D ρ (1)= 0.50 由 ρ ， U ， h 查曲线得 g g (1)= 0 δt=r / U
圆筒、封头及开孔补强计算
1.00
厚度附加量
C需厚度
mm
7.66
t1℃
20
名义厚度
δn
mm
10
t2℃
50
开孔补强计算
圆
筒
许用应力计算 [σ ]t1
113
接管规格
DN
36
100
[σ ]t2
113
系数 P50；0.9 K1
内插值[σ ]t
113
开孔处计算厚度 δ
5.86
5.86
水压试验
接管外径
Dtw
250
400
680
壳体多余面积 A1
40.0
241.5
150
300
450
760
接管多余面积 A2
242.3
106.5
175
350
500
840
焊缝面积
A3
36.00
36.00
200
400
600
980
需另补强面积 A4
(215)
222
补强圈外径
Db
72
200
补强圈计算厚度 δ b
(5.98)
2.41
补强计算
圆筒、封头及开孔补强计算
设计条件
厚度计算
设计压力
P
MPa
0.880
圆筒
1.4
设计温度
t
CO
50
曲面高度
设备内径
Di
mm
1500
形状系数
材料
Q235-B
许用应力
[σ ]t
MPa
113.0
许用应力
[σ ]t
MPa
113.0
开孔与开孔补强的计算编程
第一章绪论1.1开孔补强的重要性在压力容器设计中，为满足工艺操作，容器制造、安装、检验及维修等要求，开孔是不可避免的。
由于容器开孔以后，不仅消弱了容器的整体强度，而且还因开孔引起的应力集中以及接管和容器壁的连接造成开孔边缘的局部的高应力，这种高应力可以达到容器筒体一次总体薄膜应力的3倍，某些场合甚至会达到5~6倍，再加上接管有时还会受到各种外加载荷的作用而产生的应力温差产生的热应力，使得开孔接管处的局部应力进一步的提高。
又由于材质和制造缺陷等各综合作用，开孔接管附近就成了压力容器的破坏源—主要疲劳破坏和脆性裂口。
因此，压力容器设计中必须充分考虑开孔的补强问题。
1.2 开孔补强的设计方法(一)等面积补强法采用此方法要求容器开孔后,在容器和接管连接处周围的补强金属必须等于或大于开孔缩消弱的金属量(已通过孔截面的投影面积计算)。
它是根据补强后，强度安全系数为4~5的经验制订，希望不降低容器开孔后的平均应力。
这种补强方法比较安全可靠，使用简便，就是在接管同时受到内压、弯矩、推力等作用也能够给出足够的安全裕度。
但对不同的接管进行补强时，会得到不同的应力集中系数。
等面积补强应以在开孔中心截面上的投影面积进行计算，使补强材料的截面积不小于因开孔而挖掉的金属面积。
补强材料一般需与壳体材料相同，补强材料许用应力小于壳体的时，补强面积按壳体材料与补强材料许用应力之比而增加。
若补强材料的许用应力大于壳体的许用应力，所需的面积不得减少。
(二)根据弹塑性失效准则的设计方法这种补强方法，允许补强后的容器在开孔附近出现塑性变形。
在一次加载过程中出现的一定量的塑性变形，在第二次以后的重复加载中，除了蠕变效应外，不会再出现新的塑性变形。
只要一次应力加上二次应力小于三倍许用应力即两倍的屈服应力，容器就认为是安定的。
这种补强方法是根据美国压力容器研究委员会(PVRC)在圆筒和球壳上装有单根圆筒形径向接管的研究结果得出，其基本的出发点是从应力分类中的安定性概念出发，为维持开孔接管区的安定而僵局部高应力点的虚拟应力限制于δ2s,且将开孔并补强后壳体的屈服压力维持在为开孔时的98%的屈服压力。
压力容器大开孔补强计算方法实例分析
- 43 -第6期压力容器大开孔补强计算方法实例分析王嘉瑶，翟新锋（中泰创新技术研究院有限责任公司， 新疆 乌鲁木齐 830000）[摘 要] 在压力容器设计中，经常面临着大开孔补强问题。
在壳体上开孔影响其承压能力，且开孔的大小、尺寸受到诸多限制，补强方法也多种多样。
本文总结了常用的几种开孔补强计算方法，如等面积法、分析法和压力面积法，并通过对某φ2000卧式容器开φ800孔的实例进行计算和分析，有助于设计人员更好地理解和应用这几种补强方法。
[关键词] 压力容器；大开孔；等面积法；分析法；压力面积法作者简介：王嘉瑶（1998—），女，湖北人，本科学历，在中泰创新技术研究院有限责任公司从事设备设计工作。
1 前言大开孔一般被定义为超过限制值的开孔。
大开孔会削弱壁厚的强度，且孔边缘薄膜应力和弯曲应力都较大，因此最常用的等面积法在大开孔上一般不能使用。
化工装置中，常使用带水包的压力容器，利用油水密度差进行油水分离。
而水包的公称直径普遍和设备直径较为接近，即d/D 较大，这时就需要考虑大开孔补强。
本文用三种方法对一个设计压力0.42MPa ，设计温度60℃，内径φ2000，C1=0.3mm ，C2=2mm 的卧式容器筒体上开φ800孔的设计实例进行计算和简单分析比较。
图1 圆筒开孔补强等面积法与分析法适用范围图2 算例示意图2 等面积法等面积法就是用补强材料在壳体开孔附近一段距离内对开孔削弱的承载面积给予等面积补偿。
它的理论基础仅考虑了壳体中存在的拉伸薄膜应力，类似双向受拉伸开有小孔的无限大平板上孔边的应力集中，所以对小直径的开孔安全可靠。
除此之外，还具有长期的使用经- 44 -论文广场石油和化工设备2021年第24卷验，开孔较大时只要对其开孔尺寸和形状等给予一定的配套限制，也能保证安全，是一般开孔的首选算法。
此方法适用于在受压筒体或者平封头上开圆孔、长短径比小于等于2的椭圆或长圆形孔。
因为本次开孔接管垂直于筒体，所以满足这部分要求。
补强圈尺寸计算公式
补强圈尺寸计算公式全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：圆形管道在工程施工中经常会用到，对于圆形管道上的圆环，我们需要进行合适的尺寸计算，以确保其牢固性和耐久性。
补强圈是一种增强圆环强度和稳定性的重要结构元件，其尺寸计算是一项关键的工作。
本文将介绍补强圈尺寸计算的基本公式和方法，希望能为工程人员提供一些参考和帮助。
我们来看一下补强圈的作用和结构。
补强圈通常位于圆环的内侧或外侧，是用来增加圆环的承载能力和抗拉能力的。
在圆环受到外部力或载荷作用时，补强圈可以有效地减小圆环的变形和应力集中，从而提高整个结构的稳定性和安全性。
补强圈通常采用钢材、铸铁或合金材料制作，其尺寸和形状也会根据具体工程需求来确定。
在进行补强圈尺寸计算时，首先需要确定圆环的直径和厚度，以及圆环所受的载荷和应力。
根据圆环的几何形状和力学特性，可以得到以下基本的补强圈尺寸计算公式：1. 补强圈的宽度计算公式：补强圈的宽度通常取决于圆环的直径和材料的强度。
一般来说，补强圈的宽度越大，其承载能力和抗拉能力也就越强。
补强圈的宽度计算公式可以表示为：\[b = K \times d\]b为补强圈的宽度，d为圆环的直径，K为一个根据具体工程情况确定的系数。
通过以上的基本公式，我们可以初步计算出补强圈的尺寸，并根据具体工程需求来进一步优化和调整。
在进行补强圈尺寸计算时，需要注意考虑圆环的几何形状、材料特性、载荷情况以及安全系数等因素，以确保补强圈的设计符合工程标准和要求。
补强圈的尺寸计算是一项复杂而重要的工作，需要综合考虑多种因素，并依据科学的方法和理论来进行。
只有经过严谨的计算和评估，才能保证补强圈在工程实践中的有效性和可靠性。
希望本文的介绍能够为工程人员提供一些帮助和指导，使他们在实际工作中能够更好地应用和掌握补强圈的尺寸计算方法。
祝各位工程同行工作顺利，谢谢！第二篇示例：圈尺补强是指在圈尺上添加额外的材料以增加其结构强度和稳定性。
圈尺主要用于测量长度、角度和直线的工具，在建筑、机械、制造和制图等领域中得到广泛应用。
内压容器及开孔补强计算
p
K M
GB150 钢制压力容器
受内压标准椭圆形封头厚度 受内压非标准椭圆形封头厚度 δ δ 6.69 6.69 ㎜ ㎜ MPa ㎜ MPa ㎜
椭圆形封头的最大允许工作压力[Pw] 11.91 受内压碟形封头厚度 δ 53.40 1.52 12.27
蝶形封头的最大允许工作压力 [Pw] 受内压球冠形封头厚度 δ
温度下的计算厚度δp 受内压)(焊接)
70 105 1 172 0.3 ㎜ MPa MPa
厚度计算
76.92 ㎜
凸形封头设计温度下的计算厚度δ (仅受内压)
计算压力 Pc 10 137 1 180 45 1080 1200 1.8 204 8 1 1.33 ㎜ ㎜ ㎜ ㎜ ㎜ ㎜ MPa MPa
设计温度下封头材料的许用应力 [σ ]t
目录
圆形平盖设计温度下的计算厚度 (仅受内压)(焊接)
平盖计算压力 Pc
设计温度下封头材料的许用应力 [σ ]t
焊接接头系数 封头内直径 封头曲面深度 蝶形封头半径 球冠形封头球面部分内半径 球冠形封头计算系数 蝶形封头过渡段转角内半径 封头有效厚度Βιβλιοθήκη 椭圆形封头形状系数 蝶形封头形状系数
Φ Di hi Ri Ri Q r δ
e
焊接接头系数 平盖计算直径 圆形平盖结构特征系数
Φ Dc K
GB150 圆形平盖厚度计算
开孔补强计算GB150-2011等面积补强法_单孔
接管实际外伸长度
150.00 mm 接管有效外伸长度 h1
18.87 mm
接管实际内伸长度
0.00 mm 接管有效内伸长度 h2
0.00 mm
开孔削弱所需的补强面积 A
A=dδ+2δδt(1-f)
798.8 mm2
壳体多余金属面积 A1
A1=(B-d)(S-δ-C)-2St(S-δ)(1-f)
180.2 mm2
钢板负偏差及腐蚀裕量 C
1.0 mm
接管外径 d ’
89.0 mm
接管外径 d (最大尺寸）
89.0 mm
接 接管材料
20
[σ] 接管许用应力
[σ]t
131.00 MPa
补强圈材料
—
补 131.00 MPa
补强圈许用应力 [σ]rt
131.00 MPa
接管焊接接头系数 φ1 接管厚度 St 管 接管负偏差及腐蚀裕量 C1 接管强度削弱系数 f
551 mm2
结：
补强满足要求
0.9 4.00 mm
1.0 mm 1
强 补强圈外径 d2 补强圈厚度 S1t 补强圈负偏差及腐蚀裕量
圈 C2 补强圈强度削弱系数 fr
178 mm 12 mm 1 mm 1
开孔直径 di
89.0 mm 补强区有效宽度 B
178.00 mm
壳体计算厚度 δ
8.976 mm 接管计算厚度 δt
1.422 mm
设计条件
简图
设计压力 Pc
0
1.05 MPa
设计温度 t
200 ℃
椭圆形封头长短轴之比 过渡区半径与球面半径之 比 壳体内直径Di
开孔处焊接接头系数 φ
容器开孔及开孔补强
容器开孔及开孔补强为了使压力容器能正常操作，在筒体和封头上常设置如进、出料口，压力表、温度计等接口及视镜、液面计等附件。
为了安全以及维修方便，“容规”第40条也规定，压力容器必须开设检查孔（包括人孔、手孔、螺纹管塞检查孔）。
因此，在容器上开孔是不可避免的，主要是要考虑开孔的位置，大小、连接结构和开孔补强问题。
1．容器开孔附近的应力集中压力容器开孔后，不但削弱器壁强度，而且，在开孔附近形成应力集中。
（1）应力集中系数容器的开孔集中程度是用应力集中系数K来表征的，“K”的定义是开孔处的最大应力值与不开孔时最大薄膜应力之比。
开孔接管处的应力集中系数主要受下列因素影响：a．容器的形状和应力状态由于孔周边的最大应力是随薄膜应力的增加而上升的，圆壳的薄膜应力是球壳的两倍，所以圆筒壳的应力集中系数大于球壳。
同理，圆锥壳的集中系数则高于圆筒壳。
b．开孔的形状、大小及接管壁厚开方孔时应力集中系数最大，椭圆孔次之，开圆孔最小。
接管轴线与壳体法线不一致时，开孔将变为随圆形而使应力集中系数增大。
开孔直径越大，接管壁厚越小，应力集中系数越大，故减小孔径或增加接管壁厚均可降低应力集中系数。
插入式接管的应力集中系数小于平齐接管。
（2）容器开孔接管处应力集中的特点在实际上生产中，容器壳体开孔后均需焊上接管或凸缘，而接管处的应力集中与壳体开小圆孔时的应力集中并不相同。
在操作压力作用下，壳体与开孔接管在连接处各自的位移不相等，而最终的位移却必须协调一致。
因此，在连接点处将产生相互约束力和弯矩。
故开孔接管处不仅存在孔边集中应力和薄膜应力，还有边缘应力和焊接应力。
另外，压力容器的结构形状、承载状态及工作环境等，对接管处的应力集中的影响均较开孔复杂。
所以，容器接管处的应力集中较小孔严重得多，应力集中系数可达3-6。
但其衰减迅速，具有明显的局部性，不会使壳体引起任何显著变形，故可允许应力峰值超过材料的平均屈服应力。
开孔补强的目的的在于使孔边的应力峰值降低至允许值。
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补 强方法 ，采用 厚 壁管 补 强 。ＳＷ６计 算 得 出 平 盖 出人孔 ２、３的平 盖计 算 厚 度均 为 ４６．４８ｍｍ，而标
计 算厚度 为 ４６．４８ｍｍ，而 标 准型 式 的平 盖 厚 度 为 准型 式 的平 盖 厚 度 为 ５８ｒ ａｍ，因此 平 盖 的 最 终 厚
平 封头 （平板 ）上 有 多个 开 孔 时 ，任 意 两 开 孔 直径 之 和不超 过 封 头 直 径 的 ０．５倍 、任 意 两 相 邻开 孔 中心 的 间距不 小于 两孔 直径 之 和的按 照单 个 开孑Ｌ进行 计算 ；增 加 平 盖厚 度 进 行 补 强 的 方 法 适 用范 围为 ：平 盖 危 险径 向截 面上 各 开 孑Ｌ宽 度 总
第 ４５卷 第 ２期
化 工 机 械
１９３
圆形 平盖 开 孔 补 强计 算
王 金 花
（中海 油 石 化 工 程 有 限公 司 ）
摘 要 对 于 圆 形 平 盖 上 开 孔 ，ＧＢ １５０—２０１ｌ针 对 不 同 的 开 孔 情 况 分 别 给 出 了补 强 计 算 方 法 ，通 过 工 程
算例 计 算 ，结 合 前 人 的研 究成 果 ，建 议 平 盖 上 开 多 个孔 时尽 量使 平 盖 上 相 邻 开 孔 中 心 的 间 距 不 小 于 两 孔
直径 之 和 。 另 外 对 比 了 ＳＷ６和 ＰＶ软 件 在 计 算 平 盖 单 个 开 孔 补 强 的 不 同 ，如 果 开 孔 满足 ＧＢ １５０－２０１１中
。 ＩＩ
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１５０
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人 孔 １
人 孔 ２
人 孔 ３
人－ｆＬ４
图 １ 人 孔 １～４法 兰盖 上 管 口 开 设 详 图
对 于 人 孔 １，由于 平 盖 开 单 个 孔 ，对 比 常 见 的 当 Ｋ ／ｖ＞０．５时 ，应 采 用其 他 设 计 方 法 。计 算 得
作 者 简 介 ：王 金 花 （１９８７－），助 理 工 程 师 ，从 事 石 油 化 工 设 备 的设 计 工 作 ，ｕｐｃｗａｎｇｊｉｎｈｕａ＠ １６３．ｃｏｒ ｎ。
１９４
化 工 机 械
２０１８
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１ ５０
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ｌＩ
不 另行 补 强 的 条件 则 用 ＰＶ软 件 计 算 ，如 果 不 满足 则 用 ＰＶ 或 ＳＷ６软 件 计 算 均 可 。
关 键 词 平盖 法 兰 人 孔 压 力 容 器 开 孔 补 强 补 强 计 算 计 算 软 件
中 图分 类 号 ＴＱ０５０．２
文 献 标 识 码 Ａ
文 章 编 号 ０２５４－６０９４（２０１８）０２￣１９３－０４
和不 超过 Ｄ ／２（Ｄｉ为 圆筒 内 径 ），任 意 相 邻 两 孔 中心距 大 于两孔 平 均直 径 的 １．５倍 且 小于 或等 于 ２倍 。 ２ 算例 结果
某 炼化 公 司一 台埋 地 卧 式容 器 ，其 工 艺条 件 如 下 ：
设 备 内径 ３ ２００ｍｍ 简 体 长度 ７ ９２０ｍｍ 最 高 工作压 力 １．０ＭＰａ 最 高工 作温 度 ４０￣Ｃ 介 质 含硫 污 水 埋 地深 度 ５００ｍｍ 根 据上 述工 艺 条件 ，按照 标准 规范 ，设计 压力 取 １．１８／一０．１０ＭＰａ，设 计 温 度 取 ８０￣Ｃ，腐 蚀 裕 量 取 ６ｍｍ，焊 接 接 头 系 数 为 １．０，设 备 简 体 材 料 为 Ｑ２４５Ｒ。按 照 工 艺 条 件 ，在 设 备 上 设 置 两 个 ＰⅣ２．５ＭＰａ、ＤＮ５００ｍｍ 的水 平 吊盖 带 颈 对 焊 法 兰 人 孔 １、２，并 在 人 孔 １上 开 设 一 个 ＰＮ２．０ＭＰａ、 ＤＮ１５０ｍｍ 管 口 ，然 后 在 人 孔 ２ 上 开 设 一 个 ＰＮ２．０ＭＰａ、ＤＮ１５０ｍｍ 管 口 和 一 个 ＰＮ５．０ＭＰａ、 ＤＮ８０ｍｍ管 口，两 孔 中心 线 间距 为 ３３０ｍｍ。 为方 便 对 比 ，另 外 设 置 一 个 ＰＮ２．５ＭＰａ、ＤＮ５００ｍｍ 水 平 吊盖 带 颈对 焊 法 兰 人 孔 ３，人 孔 ３上 开 孑Ｌ同 人 孔 ２，两孔 中心 线 间距为 ３００ｍｍ（图 １）。
随 着 人 们 安 全 环 保 意 识 的增 强 ，埋 地 设 备 得 到 越 来 越 广 泛 的 应 用 。 埋 地 设 备 由 于 设 置 在 地 下 ，具 有 油 品蒸 发 损 耗 小 、防 火 、防 爆 能 力 强 和节 省 土 地 资 源 的 优 点 ，因 此 被 广 泛 用 于 加 油 站 、油 库 等 地 ，用 来 储 存 汽 油 、煤 油 及 柴 油 等 燃 料 。对 于 埋 地 卧 式 容 器 来 说 ，由 于 设 备 埋 在 地 下 ，通 常 需 在 容 器 壳 体 上 开 设 ２～３个 人 孔 ， 工 艺 管 口一 般 分 布 在 人 孑Ｌ盖 上 ，这 就 涉 及 平 盖 上 开 孔 补 强 的 问题 。 ＧＢ １５０．２０１１给 出 了平 盖 开 孔 补 强 的 计 算 方 法 … ，但 是 在 实 际 工 程 设 计 中发 现 了一 些 问题 ，通 过 与 ＧＢ １５０－１９９８进 行 对 比 ，并 结 合 前 人 的 研 究 成 果 ’ ，给 出 了平 盖 开 孔 补 强 的设 计 指 导 建 议 。 １ ＧＢ １ ５０－２０１ １平盖 开孔 补 强设计 方 法简述
平 盖 上 开 单 个 孔 ，且 开 孔 直 径 ｄ。。＜０．５Ｄ。 （Ｄ 取 平盖 计 算 直径 ，对 于 非 圆 形 平 盖取 短 轴 长 度 ）时 ，所需 最小 补 强面积 Ａ＝０．５ｄ。。艿 ，６。为 平 盖 厚 度 ，文献 ［５］验 证 了所 需 最 小 补 强 面 积 适 用 于 补 强 圈补 强也适 用 于厚壁 管 补强 。